JPS5846185B2 - 電荷結合デバイス - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はある波長領域の電磁放射パターンを電気信号に
変換するための蓄積モード電荷結合デバイス、特に赤外
放射を検出したり撮像するためのデバイスに関するもの
であるがこれに限定されるものではない。

赤外放射パターンを電気信号へ変換するための蓄積モー
ド（ａｃｃｕｍｌａｔ ｉｏｎ−ｍｏｄｅ ）電荷結合
デバイスについては文献「Ａｐｐｌ ｉｅｄ Ｐｈｙｓ
ｉｃｓ ＬｅｔｔｅｒｓＪＶｏｌ、 ２５ 、ＡＩ Ｏ
、１５Ｎｏｖｅｍｂｅｒ、、１９７４の第５６８頁ない
し第５７０頁に開示されている。

このデバイスはドーパントによって決まる一方の導電形
の放射感知領域を有する半導体本体を具えており、この
場合前記ドーパントは、該ドーパントのほぼ全ての原子
がデバイスの赤外放射を検出するための動作温度ではイ
オン化されないような半導体バンド・ギャップ中の十分
に深いレベルに、１つ以上のエネルギー・レベルを有し
ており、よって前記放射感知領域は前記放射のない場合
には多数電荷キャリヤが実質的に存在しておらずおよび
前記ドーパントの原子によってトラッピングされた多数
電荷キャリヤは赤外放射の照射によって励起された時に
解放され得るように構成されている。

さらにこの領域に対してオーミック接点が設けられてお
り、それにより放射の照射によって解放された電荷キャ
リヤに代わる多数電荷キャリヤを前述のドーパントに対
し供給させている。

この領域の一方の主要側部には電極システムが設けられ
ていて、この電極システムによってその領域内に電界を
容量的に発生せしめて前述の放出された多数電荷キャリ
ヤをこの電極システムの下側に入射放射パターンに対応
した電荷パケット（ｃｈａｒｇｅ−ｐａｃｋｅｔ ）と
して蓄積しかつこれら電荷パケットを当該領域から出力
部へとこの領域を横切って横方向へ転送させることが出
来る。

この既知の装置の動作温度は４°にであり、この温度で
は燐をその領域のドーパントとして使用することが出来
る。

室温では燐ドーパントのほぼ全ての原子がイオン化され
ており、従って燐は一般には浅いレベルのドーパントと
みなされる。

しかしながら、４°にの温度ではドーパントのほぼ全て
の原子がイオン化されておらず、このような著しい低温
では燐は深いレベルのドーパントである。

このようにほぼ全てのドーパント原子がイオ化されてい
ないので、放射による照射がない場合にはこのデバイス
の動作温度では前述の領域は多数電荷キャリヤが存在し
ないと共に電気的に中性である。

この既知のデバイスに対しては４°にと同程度の低い温
度を使用する必要があるという欠点がある。

文献「Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒ
ｓＪに記載されている前述の蓄積モード・デバイスは従
来の形にはまらない表面チャンネル電荷結合デバイスで
ある。

これは従来普通の表面チャンネル電荷結合デバイスにお
いて生ずるような反転モード（１ｎｖｅｒｒｓ ｉ ｏ
ｎ−ｍ ｏｄｅ ）デバイス構造と対比されるものであ
る。

この反転モード・デバイスの場合には、電荷転送キャリ
ヤは少数キャリヤであるが、蓄積モード・デバイスの場
合には、この電荷転送キャリヤは多数キャリヤ（燐がド
ープされた領域では電子である）である。

このような蓄積モード・デバイスにおいては、動き得な
い空間電荷は存在しないので、半導体領域内のエネルギ
ー・バンドはその領域の厚さ方向に直線的な空間依存性
を有する。

従って、電界は一方の主側部から地方の主側部に至る領
域の厚さにわたり一定である（この場合、一方の主側部
上の電極システムの隣接したゲート間のフリンジ電界は
無視する）。

蓄積された半導体表面における電界は反転された表面に
おける電界よりも小さいが、それは前者の場合には表面
電位がその領域の全厚さを横切って現われるからである
。

従って、この既知の蓄積モード・デバイスにおいては、
転送される電荷パケットは反転モード・デバイスにおけ
る桟表面に対して制限されておらず、そしてこれは表面
トラッピング状態の効果を減少させ従って転送効率を助
長する。

しかしながら、この既知の蓄積モード電荷結合デバイス
の領域を経る転送の間に、電荷パケットは尚も表面に接
するので、電荷キャリヤに対しトラップまたは再結合中
心として作用する表面状態がこの電荷転送効率や、電荷
転送雑音や動作速度に対し有害な影響を与え得る。

本発明によれば、ドーパントによって決まる一方の導電
形の放射感知領域を有する半導体本体を具えており、こ
の場合前記ドーパントは、該ドーパントのほぼ全ての原
子がある波長領域中の赤外放射を検出するためのデバイ
スの動作温度ではイオン化されないような半導体バンド
・キャツフ沖の十分深いレベルに、１つ以上のエネルギ
ー・レベルを有しており、よって前記放射感知領域には
前記放射の無い場合には多数電荷キャリヤが実質的に存
在しておらずおよび前記ドーパントの原子によってトラ
ッピングされている多数電荷キャリヤは前記波長領域中
の放射の照射によって励起された時に解放され得るよう
に構成されており；さらに前記放射の照射によって解放
される電荷キャリヤに置き換わる多数電荷キャリヤを前
記ドーパントに供給するために前記放射感知領域ｔこ対
し設けた第１オーミツク接点を具えており；さらに前記
放射感知領域の一方の主要側部に設けられて電界を該放
射感知領域中に容量的に発生させ解放された前記多数電
荷キャリヤを照射された放射パターンに対応する電荷パ
ケットとして電極システムの下側に蓄積しおよび該電荷
パケットを前記放射感知領域を横切って該領域から出力
部へと横方向に転送することが出来るようになした当該
電極システムを具えており、ある波長領域の電磁放射パ
ターンを電気信号へ変換するための蓄積モード電荷結合
デバイスにおいて、前記電極システムの下側の前記放射
感知領域の前記一方の主要側部には前記一方の導電形の
表面層が存在しており、該表面層は導電形決定ドーパン
トを含んでいて該導電形決定ドーパントは半導体バンド
・ギャップ中の十分に浅いレベルであって前記デバイス
の動作温度でこの浅いレベルのドーパントの原子がイオ
ン化されるレベルに１つ以上のエネルギー・レベルを有
しており；さらに前記表面層は前記放射感知領域に隣接
しかつ該領域の一部分によって前記第１オーミツク接点
から分離されており；さらに、前記表面層に電気的に接
続されており前記浅いレベルのドーパントによって発生
させられた多数電荷キャリヤを取り出しそれによって前
記表面層中に空間電荷区域を形成し該空間電荷区域によ
って前記半導体本体中に該本体の表面から離間して電位
最小部分を形成して前記電荷パケットを前記半導体本体
の表面からある距離だけ下側のところで前記電荷パケッ
トを蓄積させかつ転送させることが出来るようになした
第２オーミツク接点を具えていることを特徴とする。

蓄積モード電荷結合デバイス中にかような表面層を含ま
せることにより、このデバイスを表面チャンネル電荷結
合デバイスからバルク・チャンネル電荷結合デバイスへ
変換させ、従って電荷転送効率と動作速度との改善を図
ることが出来ると共に電荷転送雑音を低減し得る。

しかしながら、例えば（ＧＢ−ＰＳ）第１４１４１８３
号明細書に記載されているような従来普通のバルク・チ
ャンネル電荷結合デバイスとは異なり、前記領域中の導
電形を決定するドーパントのほぼ全ての原子はイオン化
されておらず、従って空乏区域およびこれに関連する空
間電荷区域は前記表面層に制限される。

これがため、前記領域は放射の照射が無い場合には電気
的にほぼ中性の状態にある。

放射の照射を受けた場合であっても、第１オーミツク接
点がこの放射の照射によって解放されたキャリヤに置き
換わる多数キャリヤを励起されたドーパントの原子に対
し供給するので、この領域は実質的に電気的中性状態を
保持している。

従来のバルク・チャンネルＣＣＤと比較すると、この領
域中にイオン化されたドーパントが存在しないことによ
り動作電圧を低くし得ると共にこの照射によって解放さ
れた多数キャリヤを再トラッピングするイオン化された
ドーパントの位置の発生を低減させることが出来る。

一般にこのデバイスの動作温度は４°によりも相当高い
が、その理由はこの動作温度において浅いレベルのドー
パントの十分な量の原子をイオン化させて多数電荷キャ
リヤに対し電位最小点を形成することが必要であるから
である。

一般には半導体本体を冷却することが必要であるが、必
要となる冷却の程度は前述の放射感知領域の導電形を決
める深いレベルのドーパントの性質に依存している。

この動作温度ではこの深いレベルのドーパントのほぼ全
ての原子はイオン化されない。

このデバイスを最適状態で動作させるためには、この深
いレベルのドーパントの熱励起の割合が前述の波長領域
中の放射による励起の割合よりも可成り遅いことが望ま
しい。

放射吸収端はこのトーハントのレベルのイオン化エネル
ギーによって決まる。

従って、３ミクロンから５ミクロンの帯域の赤外放射を
撮像するシリコン・デバイスの場合には、タリウムを深
いレベルのアクセプタ・ドーパントとしたｐ形材料を使
用する場合には、７７°Ｋにまで冷却すると許容可能な
動作を与えることが出来る。

タリウムの代わりにインジウムを使用する場合には、約
６０°にの温度を使用し得る。

８ミクロンから１４ミクロンの波長領域でシリコン・デ
バイスを満足するように動作させるためには、例えば３
０°Ｋまで冷却することが必要となる。

この深いレベルのドーパントが前述の放射感知領域の全
体の導電形を決定するのであるから、硫黄または白金と
かの高速拡散ドーパントを使用してこの領域を形成する
のが有益である。

尚、これら両ドーパントはシリコン中ではドナーであり
これらドーパントを使用して夫々７０°におよび９００
にの動作温度で夫々３ないし６ミクロンおよび３ないし
４ミクロンの波長領域中の赤外放射を検出することが出
来る。

このように、半導体材料および放射の波長領域に応じた
種々のドーパントを使用出来る。

しかしながら、デバイス応答は半導体材料のエネルギー
・バンド・ギャップよりも小さい値のエネルギーに対応
する波長領域に限られる。

赤外放射を撮像するためのデバイスを形成することが１
つの重要な適用例であるが、本発明を他の波長で作動す
るように設計したデバイスにも適用することも出来る。

照射された放射は、そのデバイスのタイプｌこ応じて、
一方の主要側部または反対側の主要側部のいずれかの側
から放射感知領域に進入し得る。

デバイス本体の半導体材料としてシリコンを使用するの
が有利である。

なぜならばシリコンに対する技術は十分に確立されてい
る技術であって通常の電荷結合デバイスを含むほとんど
の半導体デバイスの製造に使用されているからである。

しかしながら、本発明によるデバイスの場合には、例え
ば砒化ガリウムのような他の半導体材料を使用すること
ができ、そしてバンド・ギャップが一層広い半導体を使
用する場合には、そのデバイスを室温で作動させること
が可能であるので冷却手段を設ける必要がない。

前述の表面層を、前述の放射感知領域を与える半導体材
料の表面に浅いレベルのドーパントを、例えばドーパン
ト拡散またはドーパント打ち込みＩこよって、ドーピン
グすることによって形成し得る。

この場合、この表面層は深いレベルのドーパントをも含
有している。

しかしながら、この表面層を前述の領域上に半導体堆積
によって形成することも出来るし、その場合には深いレ
ベルのドーパントを含有することはない。

電荷結合デバイスの電荷処理能力を高めるために、表面
層は出来るだけ浅いことが望ましい。

この理由のため、この表面層の形成中またはその形成後
に高温度を使用する場合には、この表面層中の浅いレベ
ルのドーパントはゆっくりと拡散するドーパント例えば
砒素とすることが好ましい。

２個の第２オーミツク接点を前述の表面層へ電気的に接
続させて前述の多数電荷キャリヤを取り出すように形成
し得る。

従って、例えば前述の領域からの出力部に隣接させて一
方の第２接点を設けおよび前述の表面層の対向端に他方
の第２接点を設けることが出来る。

この第２オーミツク接点（すなわち、一方の第２オーミ
ツク接点）を領域からの出力部と関連させて転送されて
きた電荷パケットを取り出すようにすることが出来る。

このように構成することにより構造上コンパクトにする
ことが出来る。

電荷パケットに対応する出力信号を多くの方法で、例え
ばフローティング・ゲートを使用して、導出することが
出来る。

しかしながら、電荷パケット検出手段を前述の第２オー
ミツク接点（または一方の第２オーミツク接点）に接続
させてこのオーミック接点が信号出力部として供するよ
うに構成した場合にも特にコンパクトな構造を得る。

放射感知領域に対する第１オーミツク接点を領域の前述
の一方の主要側部上に延在させて電荷転送チャンネルの
傍らの領域の一部分と接触させることも出来る。

しかしながら、このような構成によれば前述の一方の主
要側部での電極システムのレイアウトが複雑となる。

これがため、このような複雑化を回避するためには、第
１オーミツク接点を前述の領域の反対側の主要側部Ｉこ
、例えば半導体本体の背部上に拡散表面層としおよびま
たは金属化層として設けるのが好適である。

前述の一方の主要側部における電極システムは絶縁ゲー
トで構成し得、これら各ゲートは半導体本体表面におけ
る１個以上の絶縁層上に存在しておりかつ従来の多相Ｃ
ＣＤ電極構造で相互接続されている。

しかしながら「電極システム」という語は非常に広い意
味に解されるべきであって、このような多相絶縁ゲート
構造のみならず前述の領域内に容量的に電界を発生させ
るためのあまり一般的でないシステムをも含むと解し得
る。

このあまり一般的でない電極システムの例としては、絶
縁層の厚さ変化もしくは電荷状態の変化によってまたは
抵抗性電極に沿う電位差によってその領域中に生じるド
リフト電界を用いた単相構造や、半導体本体表面から電
極を分離する障壁層を絶縁層とせずに整流接合としてい
るところの構造がある。

この電極システムを、入射放射を検出するため直線配列
の電荷蓄積位置を画成するように、編成し配置すること
が出来る。

しかしながら本発明の撮像デバイスをもつと複雑な形状
配置とすることも出来る。

従っていわゆる面積撮像デバイスを形成し得ると共に従
来の撮像ＣＣＤに使用されていたような種々の電荷読取
り手段を使用し得る。

例えばデバイスに撮像部分に使用される素子と対応する
個数の素子のマスクド・アレイを追加して設けて、この
マスクド・アレイを撮像配列に接続してこのマスクド・
アレイを直−並列ＣＣＤ変換段を経て読取られるストア
として供せしめるように構成し得る。

以下、図面につき本発明の詳細な説明する。

第１図および第２図に示す図面は寸法通りに描かれてお
らず、ある部分については図示の便宜のために誇張また
は変更されている。

第１図に示す電荷結合デバイスは赤外放射パターンを電
気信号へ変換するための蓄積モード撮像デバイスである
。

このデバイスは放射感知領域２を有する単結晶シリコン
半導体本体１を具えている。

この領域２は一方の導電形すなわち、赤外放射を検出す
るためのデバイスの動作温度でドーパントのほぼ全ての
原子がイオン化されないような半導体バンド・ギャップ
中の十分深いレベルに、１個以上のエネルギー・レベル
を有している当該ドーパントによって決まる導電形を有
している。

これらエネルギー・レベルを第２図に丸印３０で示す。

尚、同図においてバンド・ギャップを伝導帯の縁に対す
るＥ。

と価電子帯の縁に対するＥｖとによって示しである。

この実施例では、冷却手段をブロック線図３で示してあ
り、この手段によってデバイスの温度を、ドーパント原
子をイオン化するには不十分な熱エネルギーを与えるよ
うな温度に維持する。

この冷却手段３はデューア容器とデバイス本体１への放
熱路とを有しこのデバイスを極低温の状態で作動させる
ことが出来るようにするための任意の既知のタイプのフ
ライオスフット形冷却手段とし得る。

第１図においては、この放熱路を一点鎖線４で示しであ
る。

領域２の導電形を決定するドーパントを硫黄とし得る。

この硫黄はシリコン中に伝導帯端縁Ｅ。

から約０．１８ｅＶのエネルギー・レベルを有するドナ
ー状態を生じさせる。

この硫黄のドーパントを有する第１図のデバイスを、波
長帯域が３および６ミクロンの赤外放射を検出し撮像す
るために、例えば７０°にで動作させることが出来る。

この温度ではほぼ全ての硫黄のドーパントの原子がイオ
ン化されないので、赤外放射が照射されていない場合に
は実質的に多数キャリヤ（この場合電子）が存在しない
。

この硫黄のドーパントの原子によってトラッピングされ
た電子を赤外放射を照射して励起させた時に解放すなわ
ち放出させることが出来る。

この領域２に対し第１オーミツク接点５，６を設けてあ
り、これら接点により領域２の硫黄のドーパントの原子
に電子を連続的に供給して放射の照射によって解放され
た電子の後に置き換わる。

第１図に示す実施例においては、この接点５，６は本体
１の底面全体にわたり延在させて設けてあり、高濃度に
不純物添加されたｎ形表面層５（Ｎ＋）と金属電極層６
とを具えている。

この表面層５は例えば燐のようなドナーを含んでおり、
このドナーはそのほぼ全ての原子がデバイスの動作温度
でイオン化されているような浅いレベルのドナーである
。

これら浅いレベルのドナーを第２図に「＋」の記号３１
で示しである。

また寄与電子を伝導帯の縁Ｅ。

の上側に「−」の記号３２で示しである。この層５は金
属電極層６と放射感知領域２との間で良好な低抵抗接点
を形成している。

他方層６を例えばアルミニウムとし得かつその電位を例
えば１５Ｖのような負の電位（Ｖ２）とし得る。

しかしながら、このデバイスを、この層６を例えば接地
電位としかつ他の電極には別の電圧を供給して使用する
ことも可能である。

電極システム１１，１２．１３および１４を領域２の一
方の主要側部（すなわち接点５，６とは反対側）に設け
てあり、これによりこの領域２中に電界を容量的に発生
させることが出来る。

これがため、照射された放射によって領域２中に放出さ
れた電子を電極システム１１，１２，１３および１４の
下側にこの放射照射パターンに対応した電荷パケットと
して蓄積せしめると共にこれら電荷パケットをこの領域
２を横切って領域２から出力部１５．１６へと横方向に
転送せしめることも可能である。

この実施例では、電極システムを多相絶縁ゲートＣＣＤ
構造としており、電荷の蓄積および転送を例えば±５ｖ
のクロック・パルスφ１．φ２゜φ３およびφ４をゲー
ト１１，１２，１３および１４に印加することによって
行なう。

この領域２中にこれら電位φ１．φ２．φ３およびφ４
によって生じる電界を半導体本体１とゲート１１ないし
１４との間の絶縁層１７を横切って容量的に発生させる
。

第１図に示す点線φＸはＣＣＤ列の最終ゲート１３およ
び１４の下側の（電子の）電荷パケットが出力部１５．
１６に転送されるようなゲート電位φ１ないしφ４を印
加した場合の電位分布を示しており、この電位は電子に
対し電位最小のラインに沿って電荷転送領域を横切って
横方向に分布している。

この目的のため、正の電位（＋Ｖ、）例えば＋１５Ｖを
出力部１５，１６に印加する。

この場合留意すべきことは第１図に示すような電位分布
φＸにおいては、一層低いレベルが一層正の電位に対応
している点である。

この実施例に示す領域２からの出力部は高濃度に不純物
添加されたすなわちドープされたｎ形表面区域１５（Ｎ
＋）と、例えば金属または導電性多結晶シリコンとし得
る電極１６とを含んでいる。

この区域１５は浅いレベルのドナー例えば燐を含んでお
り、その７原子のほとんど全てはこのデバイスの動作温
度ではイオン化されていてよって電極１６と領域２との
間に良好な低抵抗接点を形成している。

検出されるべき放射パターンは、絶縁された電極システ
ム１１，１２，１３および１４並びに絶縁層１７に対し
選定された材料や、電極層６および本体１を取り付ける
ために選定された材料の性質および厚さに応じて、本体
１の上面または底面のいずれかを経て領域２へ進入し得
る。

放射感知領域２は第１および第２オーミツク接点５，６
および１５．１６間で外因性光導電体に類似した機能を
果す。

背面の接点５，６は領域２を赤外放射で照射した時前面
への電流の流れを維持するように作用する。

第１図に示すデバイスは表面チャンネルＣＣＤではなく
てバルク・チャンネルデバイスである。

そして電荷パケットの蓄積および転送は、電極システム
１１ないし１４の下側であって領域２の主要側部に半導
体表面層２０を含んでいるので、半導体本体の表面から
ある距離だけ下側のところで行なわれる。

この表面層２０は領域２と同じ導電形であるがこの表面
層は導電形を決定するドーパントを含んでおり、この場
合、このドーパントのエネルギー・レベルは半導体バン
ド・ギャップ内の十分に浅いところにあってこの浅いレ
ベルのドーパントの原子がこのデバイスの動作温度でイ
オン化するようなレベルである。

この浅いレベルのドーパントを第２図に「＋」の記号３
３で示す。

導電形をｎ形としているこの実施例では、この浅いレベ
ルのドーパントを燐とし得るが、これを拡散係数の小さ
いドナー例えば砒素とすることも好適である。

これら燐および砒素の両者のドナー・エネルギー・レベ
ルは伝導帯の縁の０．０５ｅＶの範囲内にあるので、こ
の浅いレベルのドーパントのほぼ全ての原子が動作温度
でイオン化される。

表面領域２０は前述の領域２と隣接しておりしかも第１
オーミツク接点５，６からは領域２と同−導電形の浅い
レベルのドーパントを含んでいない領域２の部分によっ
て分離されている。

この分離は第１および第２オーミツク接点５，６および
１５．１６間に短絡回路が形成されるのを回避するため
に重要である。

第１図に示すデバイスにおいては、表面層２０（および
その接点１５．１６）を領域２に対する接点５，６から
分離しているのは領域２の厚さ全体である。

正にバイアスされた出力部１５．１６はまたこの表面層
２０に対し電気的に接続されたオーミック接点として作
用して、この表面層２０中に浅いレベルのドーパントに
よって発生された多数電荷キャリヤ（この場合電子）を
取り出すためのものである。

これは自由電子の層２０を空乏化しそしてそのためにイ
オン化されたドーパント原子が層２０中に正の空間電荷
区域を生じさせる。

この空間電荷区域の結果層２０が半導体本体１中のエネ
ルギー・バンドを曲げるように作用して本体表面からあ
る距離だけ下側のところに電子に対し電位最小の点φ（
ｍｉｎ）従ってｙ＜）Ｉ、す・チャンネルを形成する。

この電位が最小の点φ（ｍｉｎ）を第２図に示しである
。

第１図および第２図の構成において、φ（ｍｉｎ）は実
際には正の電位であり、接点５中の電位レベルは一■２
に一致しておりおよびゲート電極１１の電位はクロック
・パルスφ１に応じて増減する。

第２図において、電極１１および層１７内の線分は金属
中のフェルミ準位および絶縁体のエネルギー・ギャップ
を夫々示している。

第１図の構造においては、表面層２０に対し第２オーミ
ツク接点を形成する出力部１５．１６はまた信号出力部
として供している。

その目的のためにこの接点１５，１６に対し電荷パケッ
ト検出手段を接続する。

図示の実施例においては、これら検出手段は両端子間に
生ずる電位差の大きさが領域１５にパケット状態で転送
される電荷量に依存するようになした抵抗Ｒを具えてい
る。

出力信号を増幅器２５を経て端子Ａから導出させる。

電荷パケット検出手段を装置本体１に集積化することが
出来る。

ｎ形表面層２０を、例えば−■２の電位点に接続された
ｐ形分離グリッドによって、横方向で囲みよって電荷転
送を横方向で制限し従って半導体本体１の他の領域中に
集積化されている成分からＣＣＤチャンネルを横方向で
分離する。

第１図に示す装置を既知の技術を使用して製造出来る。

出発材料を著しく低くドープされたｐ形材料例えば１０
１４原子／ｃｒｔｌの硼素のドーピング濃度を有する材
料のシリコン・ウェーバとし得る。

次いで、領域２をこのウェーバの厚さ全体を通して硫黄
を拡散させて例えば１０１６原子／ｃｒｔｌの硫黄のド
ーピング濃度を与えることによって形成し得る。

留意すべきことは、領域２中に補なわれた硼素のドーピ
ング濃度は領域２の電気的中性に対し悪影響を及ぼさな
いしこの領域２中に自由な少数キャリヤ（この場合正孔
）を生じさせるおそれはないことである。

接点区域５および１５を、燐の拡散によって高い表面濃
度例えば１０１９燐原子／ｃｒＡを有するように形成し
て低抵抗接点を提供し得るようにすることが出来る。

電極１６を表面層２０に直接形成することで十分であっ
て従って個別の接点区域１５の設置を省略し得るような
デバイスもある。

表面層２０をイオン・インプランテーションによって形
成してその内部の浅いレベルのドーパントの原子の個数
を正確に制御することができる。

このエネルギー・バンドの曲げられる程度は空乏化層２
０内のイオン化されたドーパント原子の個数によって決
まる。

１Ｘ１０１２および２×１０１２砒素イオン／ｃｔｒ１
間のドーズをウェーバ表面から例えば０．２ミクロンの
深さを有する層２０を形成するのに十分なエネルギー（
例えば５０ ＫｅＶ）でインプランテーションを行ない
得る。

その結果、この層２０に対し平均して５Ｘ１０１６およ
び１０１７砒素原子／ｃｒＡのドーピング濃度が得られ
る。

この砒素のドーズを出来るだけ高くしてデバイス内で生
じた大きな電荷パケットが本体表面に到達しないように
させることが好適である。

従って、一般には電荷パケットはその電荷／ｃｎｔが砒
素のドーズよりも小さい場合には本体表面にまで延在し
ない。

しかしこのドーズはシリコン・デバイスに対しては約２
ないし４ Ｘ １０１２／ｃｒｒｔよりも小さい必要が
あり、さもなければその空乏化によって形成される正の
空間電荷のためにシリコン材料が電子なだれ降伏を起し
てしまうからである。

絶縁層１７および電極システム１１ないし１４を既知の
方法で形成し得る。

この層１７に対する厚さを一例として二酸化珪素の０．
１およびｏ、２ミクロン間の厚さとし得る。

本発明を要約すると次の通りである。

蓄積モードＣＣＤは電磁放射パターン例えば赤外放射を
電気信号へ変換する。

デバイス本体１は単結晶シリコンとし得これはドーパン
ト（例えば硫黄、白金、インジウムまたはタリウム）に
よって決まる一方の導電形を有する放射感知領域２を有
している。

この場合、このドーパントは該ドーパントの原子のほと
んど全部がデバイスの動作温度でイオン化されないよう
な半導体バンド・ギャップ中の十分に深いレベルにＩつ
以上のエネルギー・レベルを有している。

このようにすることによって、前記領域２は前記放射の
無い場合ｌとは多数電荷キャリヤが実質的に存在してお
らず、前記ドーパントの原子にトラッピングされた多数
電荷キャリヤは放射によって励起された時に解放され得
るものである。

前記領域２に対する第１オーミツク接点５，６は放射の
照射によって解放された電荷キャリヤに代わる多数電荷
キャリヤを前記ドーパントに対し供給する。

放射感知領域２の一方の主要側部上の電極システム１１
ないし１４はこの領域２中に電界を容量的に発生させて
解放された多数電荷キャリヤを電極システム１１ないし
１４の下側に前記放射照射パターンに対応する電荷パケ
ットとして蓄積させかつこの電荷パケットをこの領域２
を横切ってこの領域２から出力部へと横方向に転送させ
る。

第１図に示す構成例とは異なり、接点５，６を電極シス
テム１１ないし１４と同一の側に設けることが出来るし
、さらに絶縁層１７を使用する代わりに整流接合を有し
得る単相ＣＣＤ電極システムを使用することも出来る。

このデバイスを、電極システム１１ないし１４の下側の
前記領域２の前記一方の主要側部に前記一方の導電形の
表面層２０を追加することによって、表面チャンネルＣ
ＣＤからバルク・チャンネルＣＣＤへと変換する。

この表面層２０を第１接点５，６から領域２によって分
離する。

さらにこの表面層はデバイスの動作温度で浅いレベルの
ドーパントの原子がイオン化されるような半導体バンド
・ギャップ中の十分に浅いレベルに１つ以上のエネルギ
ー・レベルを有する導電形決定ドーパント（例えば砒素
）を含んでいる。

出力部５゜６として作用し得るオーミック接点を前記表
面層２０に電気的に接続して浅いレベルのドーパントに
よって発生させられた多数電荷キャリヤを取り出し、よ
って前記表面層２０中に空間電荷区域すなわち半導体本
体１中に表面から離間して電位最小の点を形成する空間
電荷区域を形成する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による電荷結合デバイスの一部分を示す
断面図、第２図は第１図のデバイスの厚さを横切って示
したエネルギー・バンドを示す線図である。 １・・・・・・半導体本体、２・・・・・・領域、３・
・・・・・冷却手段、４・・・・・・放熱路、５，６・
・・・・・第１オーミツク接点、１１，１２，１３．１
４・・・・・・電極システム、１５．１６・・・・・・
第２オーミツク接点または出力部、１７・・・・・・絶
縁層、２０・・・・・・表面層、２５・・・・・・増幅
器、３０・・・・・・（ドーパントの）エネルギー・レ
ベル、３１・・・・・・浅いレベルのドナー、３２・・
・・・・寄与電子、３３・・・・・・浅いレベルのドー
パント。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ドーパントによって決まる一方の導電形の放射感知
   領域を有する半導体本体を具えており、この場合前記ド
   ーパントは、該ドーパントのほぼ全ての原子がある波長
   領域中の赤外放射を検出するためのデバイスの動作温度
   ではイオン化されないような半導体バンド−ギャップ中
   の十分深いレベルに、１つ以上のエネルギー・レベルを
   有しており、よって前記放射感知領域には前記放射の無
   い場合（こは多数電荷キャリヤが実質的に存在しておら
   ずおよび前記ドーパントの原子によってトラッピングさ
   れている多数電荷キャリヤは前記波長領域中の放射の照
   射によって励起された時に解放され得るように構成され
   ており；さらに前記放射の照射によって解放される電荷
   キャリヤに置き換わる多数電荷キャリヤを前記ドーパン
   トに供給するために前記放射感知領域Ｉこ対し設けた第
   １オーミツク接点を具えており；さらに前記放射感知領
   域の一方の主要側部に設けられて電界を該放射感知領域
   中に容量的（こ発生させ解放された前記多数電荷キャリ
   ヤを照射された放射パターンに対応する電荷パケットと
   して電極システムの下側に蓄積しおよび該電荷パケット
   を前記放射感知領域を横切って該領域から出力部へと横
   方向に転送することが出来るようになした当該電極シス
   テムを具えており、ある波長領域の電磁放射パターンを
   電気信号へ変換するための蓄積モード電荷結合デバイス
   において、前記電極システムの下側の前記放射感知領域
   の前記一方の主要側部σこは前記一方の導電形の表面層
   が存在しており、該表面層は導電形決定ドーパントを含
   んでいて該導電形決定ドーパントは半導体バンド・ギャ
   ップ中の十分に浅いレベルであって前記デバイスの動作
   温度でこの浅いレベルのドーパントの原子がイオン化さ
   れるレベルに１つ以、上のエネルギー・レベルを有して
   おり；さらに前記表面層は前記放射感知領域に隣接しか
   つ該領域の一部分によって前記第１オーミツク接点から
   分離されており；さらに、前記表面層に電気的に接続さ
   れており前記浅いレベルのドーパントによって発生させ
   られた多数電荷キャリアを取り出しそれによって前記表
   面層中に空間電荷区域を形成し該空間電荷区域によって
   前記半導体本体中に該本体の表面から離間して電位最小
   部分を形成して前記電荷パケットを前記半導体本体の表
   面からある距離だけ下側のところで前記電荷パケットを
   蓄積させかつ転送させることが出来るようになした第２
   オーミツク接点を具えていることを特徴とする電荷結合
   デバイス。 ２ 前記第２接点は転送された電荷パケットを取り出す
   ための前記放射感知領域からの前記出力部としで作用す
   ることを特徴とする特許請求の範囲１記載の電荷結合デ
   バイス。 ３ 前記半導体本体をシリコンとしおよび前記表面層中
   の前記浅いレベルのドーパントを砒素とすることを特徴
   とする特許請求の範囲１または２記載の電荷結合デバイ
   ス。 ４ 前記半導体本体をシリコンとしおよび前記放射感知
   領域の導電形決定ドーパントを硫黄または白金とするこ
   とを特徴とする特許請求の範囲１ないし３のいずれか一
   つに記載の電荷結合デバイス。 ５ 前記第１オーミツク接点を前記放射感知領域の反対
   側の主要側部に設けて、前記表面層から該放射感知領域
   の厚さによって分離されていることを特徴とする特許請
   求の範囲１ないし４のいずれか一つに記載の電荷結合デ
   バイス。